XX Seminarium NIENISZCZĄCE BADANIA MATERIAŁÓW Zakopane marca 2014 WYKORZYSTANIE WIBROMETRU SKANUJĄCEGO DO BEZKONTAKTOWYCH BADAŃ DRGAŃ



Podobne dokumenty
POMIAR DRGAŃ ELEMENTÓW KORPUSOWYCH FREZARKI WSPORNIKOWEJ FYN 50 Z WYKORZYSTANIEM LASERA SKANUJĄCEGO 3D

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium Badania Maszyn CNC. Nr 1

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D. Katarzyna Goplańska

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L)

PL B1. Aberracyjny czujnik optyczny odległości w procesach technologicznych oraz sposób pomiaru odległości w procesach technologicznych

Interferencyjny pomiar krzywizny soczewki przy pomocy pierścieni Newtona

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

Fala na sprężynie. Projekt: na ZMN060G CMA Coach Projects\PTSN Coach 6\ Dźwięk\Fala na sprężynie.cma Przykład wyników: Fala na sprężynie.

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

14th Czech Polish Workshop ON RECENT GEODYNAMICS OF THE SUDETY MTS. AND ADJACENT AREAS Jarnołtówek, October 21-23, 2013

Żyroskopy w technice lotniczej. Żyroskopem nazywamy także różne typy czujników mierzących prędkość kątową (np. żyroskopy laserowe i światłowodowe).

POMIARY LDV AMPLITUDY PROMIENIOWYCH DRGAŃ TOWARZYSZĄCYCH OBRÓBCE ZE WSPOMAGANIEM ULTRADŹWIĘKOWYM

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

Interferometr Michelsona zasada i zastosowanie

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Interferometr Michelsona

Zjawisko interferencji fal

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz. Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji inwestycji w Koksownictwie KOKSOPROJEKT

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

Laboratorium Informatyki Optycznej ĆWICZENIE 2. Koherentne korelatory optyczne i hologram Fouriera

Laboratorium Optyki Falowej

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

5. Przetworniki drgań

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA

Pomiar prędkości światła

Czujniki światłowodowe

Ćw.1. Monitorowanie temperatury

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL INSTYTUT TECHNOLOGII EKSPLOATACJI. PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY, Radom, PL

UMO-2011/01/B/ST7/06234

LABORATORIUM Sygnałów, Modulacji i Systemów ĆWICZENIE 2: Modulacje analogowe

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Rys. 1 Geometria układu.

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

4. Ultradźwięki Instrukcja

Program SigmaViewer.exe

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Detektor śladowych ilości oleju ODL-1600

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Zjawisko interferencji fal

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Instrukcja do ćwiczenia Optyczny żyroskop światłowodowy (Indywidualna pracownia wstępna)

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Efekt Faradaya. Materiały przeznaczone dla studentów Inżynierii Materiałowej w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego

2. Pomiar drgań maszyny

Tadeusz Szczutko Badania eksploatacyjne układów dalmierczych tachimetru Topcon GPT-3005LN w zakresie krótkich odległości

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Celem ćwiczenia jest badanie zjawiska Dopplera dla fal dźwiękowych oraz wykorzystanie tego zjawiska do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu.

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 02/08. PIOTR KURZYNOWSKI, Wrocław, PL JAN MASAJADA, Nadolice Wielkie, PL

Specjalistyczne Instrumenty W Pomiarach Inżynieryjnych S I W P I

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

PL B1. Sposób pomiaru współczynnika załamania oraz charakterystyki dyspersyjnej, zwłaszcza cieczy. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

Temat: Skanowanie 3D obrazu w celu pomiaru odkształceń deski podobrazia

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

System automatycznego odwzorowania kształtu obiektów przestrzennych 3DMADMAC

Kamerton 1. Problem 1: Dlaczego kamerton umieszczony na pudle rezonansowym słyszymy głośniej? Skąd bierze się dodatkowa energia?

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Jak funkcjonuje nagrywarka DVD

Załącznik nr 8. do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego

Prawa optyki geometrycznej

Pomiar prędkości obrotowej

POMIARY TŁUMIENIA I ABSORBCJI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH

MatliX + MatliX MS. Urządzenie do wizyjnej kontroli wymiarów oraz kontroli defektów powierzchni

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

SONDA ULTRADŹWIĘKOWA

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

LABORATORIUM Pomiar charakterystyki kątowej

Pasek menu. Ustawienia drukowania

Fale materii. gdzie h= J s jest stałą Plancka.

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.

PL B1. System kontroli wychyleń od pionu lub poziomu inżynierskich obiektów budowlanych lub konstrukcyjnych

Transkrypt:

XX Seminarium NIENISZCZĄCE BADANIA MATERIAŁÓW Zakopane 12-14 marca 2014 WYKORZYSTANIE WIBROMETRU SKANUJĄCEGO DO BEZKONTAKTOWYCH BADAŃ DRGAŃ Tomasz KATZ, Instytut Lotnictwa, Warszawa katz@ilot.edu.pl 1. WSTĘP Artykuł ma na celu pokazanie możliwości zastosowania wibrometru laserowego do bezkontaktowych badań drgań. Służący do pomiaru drgań wibrometr laserowy Polytec PSV- 500-3D jest jednym z nielicznych tego typu urządzeń w Polsce i wnosi nowe możliwości w pomiarach drgań i diagnostyce urządzeń. Zasada działania wibrometru laserowego opiera się na porównaniu wiązki lasera odbitego od badanego obiektu i docierającej do fotodetektora ze znanym sygnałem referencyjnym. Wibrometr laserowy zapewnia pomiar bezdotykowy drgań, dzięki czemu eliminuje się zakłócenia spowodowane czujnikami pomiarowymi. Rys. 1. Widok wibrometru laserowego i obiekt badań Poza tym pomiar może być realizowany z dużej odległości. Wibrometr laserowy wyróżnia się szerokim pasmem częstotliwościowym, pozwalającym na analizę drgań od częstotliwości bliskich zera, co daje możliwość diagnozowania obiektów o silnym tłumieniu drgań własnych. Bezdotykowy pomiar drgań umożliwia bezpośredni pomiar drgań konstrukcji lotniczych tj. szybowce, samoloty, śmigłowce jak i również urządzenia spoza lotniczej gałęzi 131

przemysłu. Autor przedstawia wykorzystanie wibrometru laserowego w badaniu drgań na modelu flatterowym samolotu I-22 Iryda. Rys. 2. Model flatterowy samolotu I-22 Iryda 2. DZIAŁANIE WIBROMETRU SKANUJĄCEGO Wibrometr z nazwy służy do pomiaru poziomu drgań badanych struktur. Działanie wibrometru laserowego opiera się na zmodyfikowanym interferometrze Macha-Zendera. Pomiar odbywa się poprzez oświetlenie wiązką lasera punktu i analizie odbitego światła w głowicy wibrometru. Drgania obiektu mierzone są poprzez pomiar częstotliwości i przesunięcia fazy odbitego światła od badanego obiektu i porównaniu z referencyjną wiązką lasera. Poniższy schemat na Rys. 3 zobrazowuje budowę interferometru w głowicy pomiarowej. Rys. 3. Konfiguracja optyczna interferometru. Źródło: www.polytec.com 132

Źródłem światła w głowicy pomiarowej jest laser helowo-neonowy o fali liniowo spolaryzowanej. Następnie wiązka światła trafia na lustro półprzepuszczalne (BS1), na którym jest rozdzielana na wiązkę biegnącą na badany obiekt oraz na wiązkę będącą sygnałem referencyjnym. Wiązka padająca na obiekt przechodzi przez drugie lustro półprzepuszczalne (BS2) poczym przechodzi przez soczewkę ogniskującą na badanym obiekcie, odbita wraca do drugiego lustra półprzepuszczalnego, gdzie kierowana jest na trzecie lustro półprzepuszczalne (BS3). Lustro BS3 łączy wiązkę referencyjną z odbitą, która pada na detektor elektro-optyczny gdzie tworzony jest obraz interferencyjny w postaci jasnych i ciemnych prążków. Otrzymany obraz przetwarzany jest na sygnał elektryczny i analizowany w jednostce kontrolera wibrometru. Wykorzystując efekt Dopplera do pomiaru prędkości obiektu, jako, że fala odbita jest od poruszającej się powierzchni to zmianę częstotliwości f D można opisać tak: f D = gdzie jest prędkością obiektu a jest długością emitowanej fali. Wykorzystując znajomość długości fali laserowej (4.74 x 10 14 Hz) i zmiany częstotliwości wyliczamy prędkość obiektu. Jednakże taki pomiar prędkości wykorzystując zmiany częstotliwości na wzorze interferencyjnym jest wprost proporcjonalny do prędkości obiektu. Skutkuje to brakiem możliwości rozpoznania czy badany obiekt porusza się w stronę interferometru czy też w stronę przeciwną. Tworzony obraz interferencyjny oraz zmiana częstotliwości są takie same w obie strony ruchu badanego obiektu. Aby umożliwić detekcję kierunku ruchu w interferometrze na ścieżce wiązki referencyjnej znajduję się modulator akustyczno-optyczny (Bragg cell), który zmienia częstotliwość wiązki lasera o 40MHz. Tak zmodyfikowana wiązka padając na detektor daje możliwość wykrycia kierunku ruchu badanego obiektu. Jeżeli obiekt oddala się od głowicy wibrometru rejestrowana częstotliwość fali jest powyżej 40 MHz, jeśli ruch odbywa się w stronę głowicy częstotliwość jest poniżej 40 MHz. 3. BADANIA MODELU FLATTEROWGO Przeprowadzenie badania wibrometrem skanującym w technice 3D w pierwszej kolejności polega na skorelowaniu obrazu z kamery wizyjnej z obiektem badań dla każdej z trzech głowic pomiarowych. Następnie przeprowadza się kalibrację położenia wiązek laserowych w celu dokładnego określania odległości oraz punktów na badanym obiekcie w płaszczyźnie X, Y, Z. Do tego celu służy specjalny wzorzec referencyjny pokazany na Rys. 4. Jest to płyta z precyzyjnie naniesionymi współrzędnymi wraz z dwoma elementami wypukłymi do określania wymiarów w przestrzeni trójwymiarowej. Rys. 4. Wzorzec referencyjny. Źródło: www.polytec.com 133

Tak skalibrowanym systemem tworzymy wirtualną siatkę punktów pomiarowych na badanym obiekcie. W tym miejscu praca z wibrometrem ma znaczącą przewagę nad systemem badania drgań opartym na klasycznych czujnikach przemieszczenia. Punkty pomiaru typujemy poprzez klikanie myszą na ekranie monitora bez żadnej ingerencji w badany obiekt. Każdy naniesiony punkt w wibrometrze jest położony w 3 osiach badawczych wibrometru. Daje to możliwość rejestrowania przemieszczenia się punktu w trójwymiarowej przestrzeni. Wykonując to samą czynność z czujnikami, musimy przemyśleć położenie każdego czujnika oraz zdecydować o kierunku montażu czujnika. Badając konstrukcje lotnicze każde z tych miejsc należy odpowiednio odtłuścić oraz z racji krzywizn profili lotniczych stosować adaptery do mocowania czujników. Poniższy Rys. 5. Przestawia usterzenie pionowe modelu samolotu I-22 Iryda z naniesionymi punktami pomiarowymi w postaci niebieskich kwadratów oraz klasycznym czujnikiem na górze statecznika. Rys. 5. Siatka pomiarowa na usterzeniu pionowym. Dalsza cześć badania polega na wzbudzaniu obiektu w drgania za pomocą wzbudnika o zadanych częstotliwościach oraz rejestracji otrzymanych wyników z punktów pomiarowych. Rys. 6. przedstawia okna interfejsu w trakcie wykonywania pomiarów statecznika pionowego. Wykres w górnym lewym rogu przestawia przebieg czasowy wzbudzania względem przemieszczenia dla wszystkich 3 osi wibrometru. Jak widać osie czerwona X oraz zielona Y są prawie niewidoczne na tym zobrazowaniu, ponieważ model samolotu był wzbudzany poprzecznie do długości kadłuba. 134

Rys. 6. Model samolotu w trakcie badań. Oznaczona kolorem niebieskim oś Y wskazuje na przemieszczenia się punktu pomiarowego o kilka mm względem staniu spoczynkowego. Punkt pomiarowy oznaczony jest czerwoną wiązką laserową w górnym prawym oknie. Następne dwa okna z niebieskimi wykresami przedstawiają kolejno od góry sygnał referencyjny z czujnika przyśpieszenia oraz wykres FFT dla sygnału pomiarowego uzyskanego z wibrometru. Piki przedstawione w tym oknie odpowiadają kolejnym rezonansom wykrytym w badanym obiekcie. Jak widać wykres uzyskany z czujnika przyśpieszenia i wykres z wibrometru pokrywają się, co dowodzi skuteczności pomiaru wibrometrem. Zobrazowanie przedstawione na Rys.7. pokazuje charakter oraz kształt drgań dla statecznika pionowego modelu flatterowgo samolotu I-22 Iryda. Kolor na zobrazowaniu odpowiada przemieszczeniu elementu. Czym wyższa temperatura barwna tym większe przemieszczenie badanego elementu. Na bazie wykonanych pomiarów przemieszczenia i przyśpieszenia oraz znając moduł Young a i współczynnik Poisson a można określić takie parametry badanego elementu jak odkształcenia i naprężenia 135

Rys. 7. Postać drgań dla 4Hz.. 4. PODSUMOWANIE W artykule opisano specyfikę budowy, działania oraz przeprowadzenia badania z użyciem wibrometru skanującego Polytec na bazie modelu flatterowego samolotu I-22 Iryda. Oparto się na wyjaśnieniu, czym jest wibrometr laserowy oraz przedstawiono zalety pracy z bezkontaktową metodą pomiaru drgań. Do podstawowych zalet działania wibrometru należy dokładność, szybkość wykonywania pomiarów, oraz możliwość badania dużych powierzchni. Laserowy pomiar jest bezinwazyjny i bezpieczny dla badanego obiektu. LITERATURA [1] Theory manual, Polytec Scanning Vibrometer,Polytec GmbH [2] Hardware manual, Polytec Scanning Vibrometer,Polytec GmbH 136